汽车激光雷达行业专题研究:百家争鸣,量产在即

智能驾驶或为主要驱动力,与移动机器人、智慧城市与测绘共同驱动激光雷达市场增长。

智能驾驶或为主要驱动力,与移动机器人、智慧城市与测绘共同驱动激光雷达市场增长。激光雷达是结合了光学、电子、机械、软件、芯片、器件等技术,可以进行环境探测、数据处理和传输的智能传感器,下游应用市场主要包括智能驾驶、服务型机器人和测绘等领域。凭借其较高水平的性能和精度,激光雷达已成为智能驾驶环境感知系统的重要组成部分。随着未来自动驾驶普及度的提升和自动驾驶等级的提高,激光雷达市场成长空间广阔。一方面,自动化水平提升意味着自动驾驶系统对于环境感知的要求提高,从而带动单车激光雷达搭载量增长。据麦姆斯咨询,自动驾驶对激光雷达的单位需求将由 L3级的 1 颗提升至 L4 级的 2~3 颗和 L5 级的 4~6 颗。另一方面,智能汽车渗透率逐步增加、智能驾驶普及度逐渐提升,车载激光雷达作为实现智能驾驶核心部件有望放量。目前,从造车新势力到传统主机厂都正在智能驾驶领域积极布局使用车载激光雷达。2021 年起激光雷达开始规模化进入汽车前装市场,2022 年搭载激光雷达的车型陆续发售,激光雷达有望迎来放量元年。移动机器人、智慧城市与测绘同样为激光雷达重要应用,据沙利文预计 2025 年全球市场分别有望达 到 7/45 亿美元。

车载激光雷达当前处于发展期,技术路线多样,厂商方案落地或面临技术成熟度、成本、性能等各方面的综合考量。激光雷达通常由发射、接收、信息处理和扫描模块组成,发射模块将激光发射至目标物体后,光电探测器接收目标物体反射回来的激光并转换为电信号,经放大与模数转换后输入信息处理模块建立物体模型,实时生成周围环境平面图信息。(1)激光雷达按测距原理可分为 ToF 与 FMCW,ToF 是目前车载中长距激光雷达主流方案,FMCW 整机及其上游产业链仍处于发展期,与 ToF 相比具备灵敏度高、探测距离远、抗干扰能力强、能够直接测速等优点,但短期内成本较高,未来有望通过芯片化推动成本下降。(2)发射系统方面,ToF 激光雷达使用的半导体激光芯片包括边发射(EEL)和垂直腔面发射(VCSEL),其中 EEL功率密度高但发射模组装调复杂且一致性较难保障;VCSEL 易于二维集成、阈值低、光束质量好、调制频率高、寿命长、单模工作稳定、易于实现低温漂系数,但当前功率密度较低,未来有望随功率密度提升取代 EEL。FMCW 激光雷达光源仍处于发展期,当前各类方案分别受限于性能或成本。(3)激光雷达根据扫描系统不同可分为机械式、混合固态(转镜式、棱镜式、MEMS)和纯固态。传统机械式激光雷达因体积重量大难过车规、可量产性差、成本高等推广受限,短期内混合固态方案或为车载激光雷达主流,未来随着全固态激光雷达的发展,成本有望进一步降低。其中 Flash 激光雷达已具备较成熟方案,光学相控阵(OPA)激光雷达上游成熟度较低,短期产业化难度较大。(4)激光雷达探测器主要包括光电二极管(PIN)、雪崩光电二极管(APD)、单光子雪崩二极管(SPAD)和光电倍增管(SiPM)。APD 目前是激光雷达的主流,与 APD 相比 SPAD 和 SiPM 具有探测范围广、灵敏度高、结构紧凑等优点,有望逐渐取代 APD,目前国外多个厂商已对 SPAD/SiPM 探测器有所布局。

成本与性能或为激光雷达市场竞争要素,技术演进推动格局变化。性能是激光雷达产品满足下游客户应用的基础,成本是激光雷达应用推广的重要因素。厂商有望通过芯片化架构、硅光器件研发、算法优化、规模效应、自动化生产及合理的工艺设计降低激光雷达成本。据Yole 预计全球车载激光雷达平均价格有望在 2026 年降至 1000 美元,并在 2030 年降至 600 美元。目前全球激光雷达市场参与者众多,竞争格局较为分散,具有较强竞争力的主要集中在中国、美国和欧洲,激光雷达扫描系统的固态化进程以及 FMCW 激光雷达的量产或对激光雷达市场未来竞争格局有较大影响。据 Knowmade 统计,海外厂商 Velodyne、ibeo、Luminar 及中国厂商禾赛科技、速腾聚创专利储备较为领先,或能一定程度上反映公司技术储备、科研能力和发展潜力。

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